在沖擊波物理和高壓物理力學(xué)研究領(lǐng)域,窗口材料的高壓物理力學(xué)性質(zhì)和動態(tài)響應(yīng)特性研究十分關(guān)鍵。一方面,在其它材料的物理力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究中,大多需要用到透明窗口作為壓砧以維持高壓狀態(tài),并且不透明的材料需要透過窗口傳遞光信號,以進(jìn)行實(shí)時的連續(xù)時間分辨的速度或熱輻射溫度診斷,因此合適的窗口材料一直是科學(xué)家努力尋找的目標(biāo)和研究的主題;另一方面,對于光學(xué)透明窗口材料,可以采用常規(guī)的光學(xué)觀測手段,對其內(nèi)部的動態(tài)響應(yīng)和光學(xué)性質(zhì)開展研究,由此建立的研究方法和認(rèn)識可以為非透明材料的研究提供重要的參考。Gd3Ga5O12單晶（GGG）具有良好的高壓光學(xué)透明性,是沖擊波實(shí)驗(yàn)中一種重要的高阻抗窗口材料。目前,對于GGG單晶的高壓物性和動態(tài)響應(yīng)行為已經(jīng)開展了一些研究,包括彈塑性轉(zhuǎn)變、Hugoniot狀態(tài)方程、高壓電導(dǎo)率、光學(xué)吸收率、沖擊相變、沖擊溫度和熔化、以及高壓折射率等。在0 GPa～300 GPa實(shí)驗(yàn)壓力范圍,GGG單晶存在彈性響應(yīng)→起始塑性→完全塑性響應(yīng)→結(jié)構(gòu)相變→沖擊熔化等一系列轉(zhuǎn)變,從速度波剖面上可以觀測到彈塑性雙波結(jié)構(gòu)和彈性-塑性-相變?nèi)ńY(jié)構(gòu)。與此對應(yīng),各個相區(qū)的光學(xué)折射率變化則呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１沖擊壓縮下，Ｂｉ接ＬｉＦ和Ａｌ２〇３窗口測得的界面粒子速度剖面圖（取自文獻(xiàn)｜１５】）??表１．１?７?ｋｍ／ｓ的Ｔａ飛片撞擊窗口材料??３

?沖擊加載下Ｇｄ３ＧａｓＱ１２單晶起始塑性、雙折射和高壓折射率的實(shí)驗(yàn)研宄???１ＣＴ??０?０．２?０．４?０．６?４?５?６?７?８??Ｘ，＾ｔｍ??圖１．２室溫下，ＧＧＧ單晶在不同波長下的吸收曲線（取自文獻(xiàn)丨１７１）??稀土氧化物石榴石（空間群為Ｉａ３ｄ）的化學(xué)通式為Ａ３Ｂ５〇１２，是地球的地幔及其核幔??邊界的主要成分之一丨１６］。Ｇｄ３Ｇａ＿ｓ〇ｉ２（禮鎵石權(quán)石－ＧＧＧ）是石溜石氧化物的一種，在常溫??下具有良好的光學(xué)透明性［１７］，如圖１．２。由于其高度的不可壓縮性，ＧＧＧ單晶的高壓－高??溫物性一直以來都受到地球物理和天體物理研宄人員的廣泛關(guān)注。除此之外，這種石榴??石氧化物在實(shí)際工程技術(shù)中也有許多應(yīng)用，例如用作固態(tài)激光晶體、磷光體、離子導(dǎo)體??和磁光器件等［１Ｍ９１。通過使用適當(dāng)?shù)膿诫s劑，ＧＧＧ單晶可以用作壓力傳感器等ｌ２Ｇ＇２｜Ｉ。??另外在靜高壓實(shí)驗(yàn)中，由于ＧＧＧ單晶的高阻抗特性，可以被用作壓砧材料來維持高壓狀??態(tài)［２２］。由于這些應(yīng)用，ＧＧＧ單晶在高溫－高壓下的動態(tài)響應(yīng)和光學(xué)性質(zhì)特性具有非常重??要的研宄價值１２１２４１。??１．２國內(nèi)外研宄現(xiàn)狀??１．２．１?Ｇｄ３Ｇａ５０１２單晶的高壓特性研宄??０山０出０１２單晶是動高壓實(shí)驗(yàn)中速度測量和溫度測量常用的窗口材料。有關(guān)于ＧＧＧ??單晶高壓相變以及光學(xué)性質(zhì)的變化等吸引了國內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注：??１、沖擊壓縮下Ｇｄ３Ｇａ５〇１２單晶的相變研究。最早是１９％年Ｈｕａ等人［２５］利用靜態(tài)壓??縮結(jié)合同步Ｘ射線衍射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ＧＧＧ單晶在７４?ＧＰａ時仍為穩(wěn)定的立方相結(jié)構(gòu)。之??后隨著壓力的增加，衍射峰出現(xiàn)明顯展寬，在８４?ＧＰａ吋衍射峰消失，樣品轉(zhuǎn)為

ｎｄｓ，?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ?．?＿?．??？?Ｈｕｇｏｎｉｏｔ，?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ?、??＾?８?＇?Ｃａｌｃ，?ｍｅｌｔ－ｌｉｎｅ，?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ?＾?？??考??Ｃａｌｃ．?Ｈｕｇｏｎｉｏｔ?［８］?身??０?６－?Ｘ－?＾??１?＊?Ｉ????Ｉ?４＇?＾?－??：??０??■?１?？?１???１?？?１?■?１?????０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ＧＰａ）??圖１．３?Ｇｄ３Ｇａ５０１２單晶Ｐ－Ｔ圖（取自文獻(xiàn)丨１１］）??３、沖擊壓縮下０山０＾０１２單晶窗口光學(xué)性質(zhì)研究。窗口材料的光學(xué)性質(zhì)研究主要??關(guān)注兩個部分：高壓光學(xué)透明性和光學(xué)折射率。對于ＧＧＧ單晶的光學(xué)透明性，２０１７年??Ｌｉｕ等人［１２］使用高溫計(jì)和ＤＰＳ進(jìn)行了一系列研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在低壓區(qū)域（４２?ＧＰａ？７５??ＧＰａ），隨著沖擊強(qiáng)度的增加，受沖擊的ＧＧＧ的光學(xué)不透明度逐漸增加，并且在７５ＧＰａ??處達(dá)到峰值（由透明轉(zhuǎn)為不透明）；在中壓區(qū)域（７５?ＧＰａ？１００?ＧＰａ）光學(xué)不透明度下降??（由不透明轉(zhuǎn)向透明在高壓區(qū)域（大于１００?ＧＰａ）不透明度繼續(xù)增加，ＧＧＧ單晶在??１３５?ＧＰａ轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)溫度黑體輻射窗口�？梢钥闯觯牵牵菃尉У耐该鞫鹊幕謴�(fù)與固－固??相變的壓力變化范圍吻合［３Ｕ。合理推測ＧＧＧ單晶沖擊壓縮下透明度損失和恢復(fù)的現(xiàn)象??可能與其在沖擊壓縮下的固－固相變和塑性變形導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。在沖擊過程??中ＧＧＧ單晶發(fā)生的塑性變形引入了缺陷，該缺陷對探測光散射導(dǎo)致ＧＧＧ單晶的透明??４??


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